Лекция 3

Зона осадкообразования

Определение Пустовалова Л.В.: “Зона осадкообразования или осадконакопления – поверхностная зона Земли, в которой совершаются процессы, имеющие то или иное непосредственное отношение к образованию осадочных пород».

На первый взгляд определение тавтологическое: оно повторяет буквально то, что надо определить. Но в действительность оно строго логичное и содержательное, а то, что оно воспринимается как весьма общее и неконкретное, зависит от сложности и разнородности этой оболочки Земли.

Характеристики.

1. Пространственное положение

В самом деле, процессы образования осадочных пород охватывают буквально всю поверхность Земли, будь то суша или морское дно. Но кроме того, они развёртываются во всей толще гидросферы и в атмосфере, а также в верхней части литосферы.

Осадкообразование на поверхности литосферы начинается на самых высоких вершинах гор, где морозное выветривание и ледниковая экзарация производят огромное количество грубых и тонких частиц, перемещающихся дальше силой тяжести по склонам лавинами, реками и подземными водами. Процессы осадкообразования продолжаются и в пустынях, и в болотах, оэёрах и лагунах, морях и океанах и т.д.

Принадлежность всей гидросферы к зоне осадконакопления не вызывает сомнения: в ней совершаются многочисленные и энергичные процессы, имеющие прямое отношение к осадкообразованию – синтез частиц, транспорт разнообразного материала и его осаждение, а также трансформация в результате механического, физического, химического и биологического воздействия на частицы, осадки и породы.

Следовательно, гидросфера участвует в осадкообразовании и вещественно и энергетически.

Атмосфера также принадлежит зоне осадкообразования, потому что в её нижней части (по крайней мере до высоты 25-30км, на которой происходят струйные течения со скоростью во многие сотни км/час, переносящие эоловую, вулканическую и другую пыль) осуществляется перенос твёрдых, жидких и газовых частиц (энергетический вклад), осуществляется химическое воздействие атмосферы (её газов и воды).

Т.о., зона осадкообразования геометрически охватывает нижнюю часть атмосферы (25-30км), всю гидросферу и верхнюю часть литосферы (до уровня стоячих грунтовых вод). Если сравнить её с биосферой, выделенной Вернадским (1965г.), то зона осадкообразования полностью с ней совпадает по границам и составу. Это не случайно, а показывает суть осадочного процесса: он на Земле в основном биологический – по движущим силам и материальному вкладу биосферы. Это делает осадконакопление, как и жизнь на Земле, в основном, космическим явлением. Поэтому осадочный процесс нельзя понять в отрыве от биосферы.

1. Агрегатное состояние

Если близко рассмотреть зону осадкообразования, то обнаруживается резкая контрастность и неоднородность агрегатного состояния в-ва: здесь в равной степени господствуют все три состояния: твёрдое, жидкое, газовое. Ни в одной зоне Земли нет такого контрастного соотношения. Из этого следует ожидать энергичность процессов взаимодействия между этими состояниями. И действительно З.О. отличается наиболее динамичными и глубокими процессами преобразования в-ва, и самым большим уровнем потребления энергии, преимущественно космической.

3. Источники энергии

Источниками энергии осадочных процессов являются: солнечная световая и тепловая, а также лунная – приливно-отливная. Аккумулируют солнечную энергию в наиболее концентрированном виде прежде всего живое в-во, а затем глинистые и другие осадочные минералы. Благодаря живому в-ву накапливаются и сохраняются огромные запасы солнечной энергии, которые всегда можно получить. Эта энергия становится причиной глобальных процессов преобразования в-ва, накопления химических элементов, мобилизация. Транспортировка и отложение, а также преобразование в диагенезе и сингенезе. Благодаря солнечной энергии становится возможным синтез новых экзогенных, особенно глинистых минералов.

Лунные приливы и отливы перемещают огромные массы воды и вещества, формируя особый генетический тип – приливные отложения.

Кроме перечисленных видов энергии. Проявляются и земные, телурические виды энергии:

- гравитационная (сила земного притяжения)

- внутриземное тепло (в виде теплового потока и в аккумулированном состоянии – в эндогенных минералах)

- энергия радиоактивного распада

- энергия химических реакций

Т.о. в зоне осадкообразования тесно взаимодействуют все 4 оболочки Земли: атмосфера, гидросфера, литосфера и биосфера; в-во в 3х своих состояниях:

Виды энергии: как космические так и земные. Это взаимодействие отличается большой подвижностью и изменчивостью во времени и пространстве. Колебания происходят в течении часов, суток, сезонов, годов и более длительных циклов, совершается аритмично.

В противоположность весьма подвижным: гидросфере, атмосфере и биосфере – литосфера неоднородна по площади и часто меняется на коротких расстояниях:

гранитный массив контактирует с карбонатными породами. Поэтому материальное, вещественное участие литосферы в осадконакоплении очень сильно меняется от участка к участку.

4. Температура

Абсолютная амплитуда колебания температуры на поверхности Земли 170-175^оС. Абсолютный минимум зафиксирован зимовщиками в Антарктиде на станции Восток и равен – 88^оС. До 85-90^оС нагреваются камни в пустыне. В одной точке в течении суток амплитуда колебания t может достигать 50^оС и больше: в горах Тянь –Шаня и Памира камни днём нагреваются до 50^оС, а ночью охлаждаются до 0 или 10-20^оС. Температурный режим оказывает разнообразное и глубокое влияние на осадочный процесс.

1) влияние на скорость хим.реакций, например, при хим.выветривании. По правилу Вант-Гоффа, скорость их удваивается или даже утраивается с изменением t на 10^оС, поэтому крайние по абсолютной амплитуде температурных колебаний (170^оС) точки отличаются по скоростям химических реакций более чем в 30000 раз. Это выдвигает температуру в качестве основного термодинамического фактора осадочного процесса, по которому должны выделяться главные типы седиментогенеза. Поскольку на поверхности изменение t обуславливается солнечной энергией, главной зональностью седиментогенеза становится широтная, или климатическая зональность.

2) усиление физического и химического выветривания. Главным фактором первого являются температурные колебания, вызывающие вследствии анизотропии кристаллов их разрушение.

3) различное нагревание земной поверхности вызывает движение воздуха

(вплоть до ураганов) перемещающее огромные массы твёрдых(дюны, лёссы,снег), жидкие (волны) и газовые (облака) в-в.

4) ветер, а также различное нагревание воды, вызывают морские течения и волнения, перемещающие гиганские массы воды и минеральных, а также биогенных компонентов, снабжающие глубинные и придонные воды кислородом, сортирующие осадки, вызывающие образование россыпей и др. отложений

5) охлаждение воды повышает её плотность (max при t 4^oС), опускание на глубину, что в озёрах вызывает регулярное вертикальное перемешивание воды (осенью и ранней весной).

6) в вертикальном столбе воды суточные колебания t сказываются до глубины в несколько метров, годовые до 1000м. Ниже устанавливается постоянная низкая (4-5^оС, а у дна 2-3^оС) t, а это увеличивает растворимость газов, которая растёт с понижением t. В свою очередь это способствует развитию жизни и сильно влияет на хемогенный седиментогенез, например, на осаждение фосфатов, карбонатов. В растворе морской воды удерживается большое количество катионов Са и др., и когда эти воды в зонах апвелинга (подъёма воды) будут поданы в верхние слои с более высокой t и низким Р, газы выделяются из растворённого состояния и диффундируют в атмосферу, а удерживаемые в равновесии с ними катионы, например в виде бикарбоната Са(НСО₃)₂ образуют менее растворимые соли (СаСО₃), выпадающие в осадок из пересыщенных растворов.

7) повышение температуры сильно увеличивает растворимость большинства соединений, не связанных с газовой фазой.

8) повышение t сильно увеличивает расцвет жизни как на суше (тропические леса), так и в водоёмах, но взаимоотношение расцвета жизни с температурой сложнее и определяется также другими факторами, выступающими часто как более важные (газовый режим, наличие питательных компонентов и движение воды), поэтому в холодных водах высоких широт жизнь довольно обильная, биомасса большая и влияние жизни на осадочный процесс значительнее.

5. Давление

1 атм - 101 325 Па

Оказывает меньшее влияние на образование осадков, во-первых, потому, что оно на поверхности Земли малое (в среднем 1 атм.), а во-вторых, не так изменчиво во времени и пространстве. Но все же оно снижается в горах до 0,5 атм, а в толще воды увеличивается на 1 атм на 10м водяного столба, 10 км-1000 атм.

Первое следствие этого давления- влияние на вулканогенно-осадочный процесс: взрывной хар-р извержений оказывается невозможным, поэтому не образуются туфы, а вулканический процесс сводится, в основном, к эффузивной, лавовой форме. Морская вода порождает и другую форму излияния-пульверизацию лавы, при которой образуются шариковые гиалокласты.

Второе следствие давления – увеличение растворимости газов: О₂. СО₂, Н₂S и др. Выше мы видели, что в этом же направлении действует и понижение t.Эти газы удерживают в р-ре и большие массы катионов, включая седиментообразующие и питательные для планктона. Подъём их в зонах дивергенции или (и) апвелингов приводит к химическому осаждению карбонатов, фосфатов непосредственно или через планктон.

Третье следствие давления - увеличение растворимости минералов, в частности карбонатов. Существует критическая глубина карбнатообразования 3,5 км, ниже которой карбонаты растворяются.

Следует отметить, что давление в гидросфере не вызывает уплотнение осадков, т.к. последние состоят больше из воды (глинистые осадки на 80-90%), а вода практически несжимаема. Только те осадки, которые содержат воду до 30-35% (пески), уплотняются.

5. Количество метеорных осадков и водный режим –

важнейшая характеристика зоны осадкообразования. Количество осадков и соотношение его с испарением меняются на Земле широтно, в зависимости от количества поступающего солнечного тепла.

Max количество осадков (более 2000 мм/год) выпадает в экваториальной и тропической (тропик -воображаемый круг, параллельный экватору и отстоящий от него на 23º07' к северу и югу, трипики - местность между северным и южным тропиками) зонах шириной до 40^о, т.е более 5000 км. Это зона гумидного типа литогенеза. К северу и югу от него располагаются самые безводные, аридные зоны Земли, к которым приурочены пустыни: между 20 или 25^о и ю.ш. и 35^о (иногда 40^о), шириной до 2000 км или несколько больше. Годовая сумма осадков 50-100 мм, а испарение 4200 мм.

Ещё дальше от экватора снова возрастает количество осадков (до700-800 мм/год) – это тоже гумидный тип литогенеза, но умеренный по температуре.

И, наконец, полярные зоны, отличающиеся низкими отрицательными среднегодовыми t и малым количеством осадков. Это зоны, относящиеся к ледовому типу литогенеза, производят только обломочные незрелые (т.е. неизменённые, невыветрелые) осадки.

6. Окислительно-восстановительный потенциал.

Измеряемый Еh, положительный, но одновременно и резко изменчивый по площади. Нигде кроме Земли, нет такого высокого Eh (до 350мв), что является индивидуальным свойством Земли и объясняется пышным развитием водорослей и растений, основных производителей кислорода. Понижение Еh до 0 происходит локально или пятнисто. Самый крупный такой участок - Чёрное море, зараженное ниже 100-130м Н₂S. Восстановительные условия возникают также в болотах, озёрах, лиманах, лагунах и вообще в застойных водоёмах, где О₂ быстро истребляется бактериями и другими микроорганизмами. Т.о., и окислительные и восстановительные условия образуются благодаря жизни и органическому в-ву.

7. Щелочно-кислотный потенциал

рН - от 10^-1 до10^-10

также сильно меняется и достигает как наивысших (рН до 10 в содовых озёрах), так и низких (рН до 1-2 в кратерных озёрах). Господствуют щелочные обстановки: в океанах и морях рН от 8.5 до 8.0, чаще 8.3, в почвах. Наиболее низкие рН в торфяниках (4-6), болотных илах (1-6) (рН – концентрация ионов водорода в р-рах, выражается в грамм-ионах на литр)

Т.о., щелочной фон, в основном, абиогенен, а кислые условия имеют как биогенное, так и абиогенное происхождение.

Окислительные условия определяют образование окисных железа, марганца и других руд (3х валентных элементов). Восстановительные – образование сидерита, сульфидов, глауконитов, шамозитов – (2х валентных элементов).

Щелочные условия - образуются карбонаты (сода, доломит, сидерит); глины (монтмориллонит, гидрослюды), кислые - каолинит. При изменении рН происходит трансформация глинистых минералов.

8. Состав и концентрация в-ва в атмосфере и гидросфере

колеблются в широких пределах – от крайнего разбавления до насыщения и пересыщения.

Распределение О₂ в морской воде имеет следующую схему: в верхнем слое – max=7см³/л, в придонном – 5-6см³/л (за счёт низкой t и бедная жизнь); min-<1cм³/л на гл.200-800м. В зонах халистаз – замкнутых круговоротов, отвечающих аридным зонам. Здесь возникают застойные явления.

СО₂ содержится в морской воде в большом количестве, в 7-8 раз больше, чем в атмосфере. Содержание свободного СО₂ возрастает с понижением t: при t= 1.4-3.2^оС 53.31мг/л, а при 25-28.7^о – 35.88мг/л. Возрастает СО₂ с глубиной всвязи с возрастанием давления. Источники СО₂

- диффузия из атмосферы

_- внос с дождевыми водами

_- внос речной водой

_- жизнедеятельность организмов

_- разложение органического в-ва

_- подводный вулканизм.

Расход СО₂: - поглощение растениями и водорослями

- участие в химическихреакциях, прежде всего в образовании карбонатов

(СаСО₃ + СО_{2 +} Н₂О ---> Са (НСО₃)₂

Солёность морской воды – 35%_o (промилле) постоянное

Дата добавления: 2015-05-10